1998 Fiscal Year Annual Research Report
金属マトリックス複合材料の高温における強度特性のマイクロメカニックス
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10650073
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Research Institution | Saitama University |
Principal Investigator |
土田 栄一郎 埼玉大学, 工学部, 教授 (80016550)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内山 豊美 埼玉大学, 工学部, 助手 (20151904)
荒居 善雄 埼玉大学, 工学部, 助教授 (70175959)
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Keywords | 複合材料 / FRM / MMC / 熱応力 / マイクロメカニックス / 破壊強度 / 弾性学 |
Research Abstract |
航空,宇宙機器の先端構造材料として,繊維強化金属FRM(あるいは金属系複合材料MMC)が開発され,実用化されている.本研究ではMMCの高温における強度特性を明らかにするために,理論解析と実験により介在物のマイクロメカニックスに関する研究を行い,以下の結果を得た. 1. 無限弾性体に複数個の楕円体状介在物が存在し、引張荷重を受ける場合、および無限体に1個の楕円体状介在物とらせん転位がある場合の応力集中の干渉を弾性論に基づき厳密に解析し、応力分布,変位分布に及ぼす介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を明らかにした. 2. 無限弾性体に楕円体状介在物と円環状き裂が存在し、1軸引張荷重を受ける場合を考え,解析をしたが、級数の収束に難があり、さらに継続して研究を進める。 3. MMCの熱応力の問題として,偏長回転楕円体状介在物をもつ半無限体を考え、介在物に剪断-eigen歪みを与えた問題を弾性理論に基づいて厳密に解析し,応力分布,変位分布に及ぼす介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を求めた.さらに,アイソパラメトリック2次要素を用いた境界要素法により楕円介在物の解析を行い,介在物の境界で摩擦を伴うすべりを許した場合の非線形問題を解析し、応力集中を明らかにした. 4. SUS304材について低サイクル疲労試験を行い,超音波法を用いて微小表面き裂を非破壊的に測定する方法を開発した。その結果,水浸超音波法を用い後方反射波の最大振幅を測定することにより、100ミクロンのき裂を検知することが可能になった. 5. 窒化珪素とSUS304および中間材として銅を用いたセラミックス/金属接合材の繰り返し曲げ疲労実験を行い界面き裂の発生と進展特性を観察し、破壊形式が3つあること、圧縮応力側からもき裂が発生することを観察すると共に、残留熱応力を考慮した応力拡大係数を用いてき裂を評価することができた。
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Research Products
(21 results)
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[Publications] Lin Wei Ping,Yoshio Arai,Eiichiro Tsuchida: "Cyclic Fatigue Characteristics and Crack Extension of a Ceramic/Metal Joint" JSME International Journal. Series A Vol.41 No.3. 389-394 (1998)
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[Publications] Yoshio Arai and Eiichiro Tsuchida: "Dependence of stress intensity on aspect ratio of joint plate" Theoretical and Appl.Mech.Vol.47. 125-133 (1998)
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[Publications] Eiichiro Tsuchida,Yoshio Arai and Koji Nakazawa and Iwona Jasiuk: "The Elastic Field in a Half-Space Containing a Prolate Spheroidal Inhomogeneitiy Subject to Pure Shear Eigenstrain" NSF-IMM Symposium on Micromechanic Modelling of Industrial Materials. 93-94 (1998)
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[Publications] Y.Arai,E.Tsuchida and J.Miyagaki: "A fractographic study of an edge crak growth near a ceramic-metal interface" 1lth Int.Conf.Exp.Mech.11. 1249-1254 (1998)
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[Publications] 林偉平、荒居善雄、土田栄一郎: "セラミックス/金属接合材の繰り返し荷重下における界面き裂発生・進展特性" 日本機械学会論文集. Vol.A 65巻 629号. 165-173 (1999)
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[Publications] 土田栄一郎、荒居善雄、中澤健生: "すべりを許した球状介在物とらせん転位の干渉" 第47回応用力学連合講演会講演予稿集. 47. 219-220 (1998)
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[Publications] 荒居善雄、土田栄一郎: "界面端部特異応力場の形状比依存性と塑性域の評価" 第47回応用力学連合講演会講演予稿集. 47. 229-230 (1998)
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[Publications] 林偉平、荒居善雄、土田栄一郎: "セラミックス/金属接合材の繰り返し荷重下における界面き裂発生・進展特性" 第75期通常総会講演会. Vol.(II)No.98-1. 401-402 (1998)
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[Publications] 荒居善雄、土田栄一郎: "一様引張りを受ける接合板の界面端部特異性の強さに及ぼす材料組合せ・形状依存性" 第75期通常総会講演会. Vol.(II)No.98-1. 261-262 (1998)
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[Publications] 土田栄一郎、笠野英秋(拓殖大)、渋谷寿一(東工大): "応力解析の100年の歩みを振り返って-21世紀にむけて-" 第75期通常総会講演会. Vol.(II)No.98-1. 413-460 (1998)
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[Publications] 水口義久(山梨大)伊藤俊英、土田栄一郎: "表面波による金属材のき裂進展評価" 第75期通常総会講演会. Vol.(II)No.98-1. 666-667 (1998)
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[Publications] ロジックヒマワン、荒居善雄、土田栄一郎: "超音波法を用いた低サイクル疲労微小表面き裂の非破壊評価" 第75期通常総会講演会. Vol.(II)No.98-1. 668-669 (1998)
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[Publications] Rozik Himawan (ロジックヒマワン)、荒居善雄、土田栄一郎: "超音波法による低サイクル疲労微小表面き裂の非破壊評価" 関東支部ブロック合同講演会98'-浦和-講演会. No.980-1. 159-160 (1998)
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[Publications] 林偉平、荒居善雄、土田栄一郎: "セラミックス/金属接合材の繰り返し荷重下における界面き裂発生・進展特性" 関東支部ブロック合同講演会98'-浦和-講演会. No.980-1. 161-162 (1998)
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[Publications] 荒居善雄、土田栄一郎、小栗拓: "セラミックス/金属界面き裂先端応力場の弾塑性解析" 第76期全国大会講演論文集. Vol.1. 481-482 (1998)
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[Publications] 土田栄一郎、荒居善雄、中澤健生: "らせん転位と偏長回転楕円体状介在物の干渉" 第76期全国大会講演論文集. Vol.1. 287-288 (1998)
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[Publications] Rozik Himawan、荒居善雄、土田栄一郎: "超音波法による低サイクル疲労微小表面き裂の非破壊評価" 第1回音弾性応用測定研究会. Vol.A. 111-112 (1998)
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[Publications] 荒居善雄、土田栄一郎、小栗拓: "セラミックス/金属接合材の界面破壊のモデル化と支配力学因子の検討" 日本機械学会 M&M'98 材料力学部門講演会講演論文集. Vol.A. 35-36 (1998)
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[Publications] 土田栄一郎、荒居善雄、陸楠: "偏長回転楕円体状介在物を有する円柱の曲げ" 日本機械学会 M&M'98 材料力学部門講演会講演論文集. A. 35-36 (1998)
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[Publications] 土田栄一郎、四方田英利: "2個の偏長回転楕円体状介在物を有する弾性体の二軸一様引張り" 第48回応用力学連合講演会講演予稿集. 48. 365-366 (1999)
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[Publications] 荒居善雄、土田栄一郎: "界面端近傍の応力場と塑性域形状に及ぼす荷重形式の影響" 第48回応用力学連合講演会講演予稿集. 48. 363-364 (1999)